JP3566506B2 - トナー搬送ローラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に用いられる現像装置、クリーニング装置等に搭載されるトナー搬送ローラに関し、特に単なるトナー搬送機能のみならず、当接により被当接部材上のトナーをはぎ取る機能も兼ね備えたトナー搬送ローラに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
トナー搬送ローラに関し、まず、上記の1つ目のトナー搬送機能に着目すると、従来より、ソリッドゴム材、ブラシ材、発泡ゴム材等を用いた搬送ローラが数多く提案されている。
【0003】
このうち、ソリッドゴム材を用いたトナー搬送ローラは、表面が平滑であるために十分なトナー搬送性を得ることが難しい難点がある。ブラシ材の搬送ローラはトナー供給能に優れるが、ブラシ繊維の抜けや切断等の問題がある。一方、発泡ゴム材のトナー搬送ローラは、特開平2−191974号によれば、ローラのゴム表面に形成された発泡孔により、トナー搬送性がソリッドゴム材の搬送ローラよりも大幅に向上するとされている。
【0004】
トナーの搬送力を向上させる技術としては、特開平5−61350号に開示されるトナー供給部材が知られている。これは、トナー供給装置のホッパーから現像装置へトナーを供給する発泡弾性体製のトナー供給部材において、発泡弾性体の表面に凹凸形状を持たせたもので、熱線カット法により凹凸形状を付与するとされている。このトナー供給部材は、表面の凹部により多くのトナーを取り込んで搬送することを意図しており、表面の凹凸形状は、トナーを取り込みやすく、かつ放出しやすい性状を有すれば、特に限定しないとされている。
【0005】
つぎに、トナー搬送ローラに関し、上記2つ目のトナーはぎ取り機能に着目すると、トナー搬送ローラを被当接部材に当接させて、被当接部材上のトナーを機械的な力ではぎ取る方法や、上記特開平2−191974に開示されるように、発泡体弾性ローラにバイアスを印加して、被当接部材からトナーを静電気的な力ではぎ取る方法が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トナーのはぎ取りに静電気的な力を利用する方法は、発泡弾性ローラを導電化しなければならず、導電物の添加により発泡弾性体の物性が損なわれやすい。またバイアス電源等が必要となり、構成が複雑でかつ高コストとなる難点もある。
【0007】
トナーのはぎ取りに機械的な力を利用する方法は、このような難点はないものの、トナーのはぎ取り能力を向上するために、たとえば発泡弾性ローラの被当接部材への侵入量を増したり、これらの間の当接幅(ニップ幅)を増したり、発泡弾性ローラの回転数を増すなどが必要となる。このため、トナーへの機械的ストレスが増加してしまい、トナーの劣化による帯電不良や融着、固化、また発泡弾性体および被当接部材の劣化、損傷といった問題を招く。
【0008】
本発明の目的は、被当接部材上のトナーを機械的な力により、トナーの劣化や被当接部材の劣化、損傷を招くことなくはぎ取ることができ、トナーのはぎ取り性能を、トナーの搬送性を維持しつつ安定かつ十分な発揮させることを可能としたトナー搬送ローラを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にかかるトナー搬送ローラにて達成される。要約すれば、本発明は、被当接物と当接して回転する、回転軸の周囲に発泡弾性体層を設けたローラであって、前記発泡弾性体層の外周面にローラの軸線方向に沿った凹凸を形成したトナー搬送ローラにおいて、前記凹凸の凸部の断面形状は、上底よりも下底が大きい台形であり、前記凸部の前記被当接物に先に当接する角部の角度∠aと、後から当接する角部の角度∠bが、
∠a<∠b、ただし、90°<∠b
の関係を満たすことを特徴とするトナー搬送ローラである。
【0010】
本発明の他の態様は、被当接物と当接して回転する、回転軸の周囲に発泡弾性体層を設けたローラであって、前記発泡弾性体層の外周面にローラの軸線方向に沿った凹凸を形成したトナー搬送ローラにおいて、前記凹凸の凸部の断面形状は、上底よりも下底が大きい台形であり、前記凸部の断面の大きさが、前記ローラの周方向に周期的に変化することを特徴とするトナー搬送ローラである。本発明によれば、前記断面の大きさが周期的に変化する凸部は、相対的に高さが高い凸部と低い凸部とが交互に繰り返される。
【0011】
本発明のさらに他の態様は、被当接物と当接して回転する、回転軸の周囲に発泡弾性体層を設けたローラであって、前記発泡弾性体層の外周面にローラの軸線方向に沿った凹凸を形成したトナー搬送ローラにおいて、前記凹凸の凸部の断面形状は、上底よりも下底が大きい台形であり、前記ローラの端部から中央部方向に見て、前記凸部をローラの軸線に対しローラの回転方向と逆側に45°以下の角度で傾斜したことを特徴とするトナー搬送ローラである。本発明によれば、前記凸部の傾斜角度は、前記ローラの端部で45°で中央部で0°とすることができる。
【0012】
本発明によれば、前記ローラを、現像装置の現像剤担持体と当接して回転することにより、現像剤担持体上に残留した現像残りのトナーの剥ぎ取り、および現像剤担持体への新たなトナーの供給を行なう供給ローラとし、また、前記ローラを、画像形成装置の像担持体と当接して回転することにより、像担持体上に残留した転写残りのトナーの剥ぎ取りを行なうクリーニングローラとすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【0014】
実施例1
図1〜5に本発明の一実施例を示す。本実施例は、本発明のトナー搬送ローラを、画像形成装置の現像装置で用いるトナー供給ローラに応用した。
【0015】
図1は、一成分現像剤の非磁性トナーを使用する現像装置12を備えた画像形成装置の概略構成図である。
【0016】
本画像形成装置の画像形成プロセスを示せば、まず、静電潜像担持体としての感光ドラム1の表面が一次帯電器7によって暗部電位VD =−700Vに一様帯電され、ついでレーザを光源とする露光装置8からの画像情報に基づいたレーザビームにより画像露光がなされ、感光ドラム1の表面に明部電位VL =−50Vで静電潜像が形成される。つぎに、この潜像は現像装置12により非磁性トナーを用いて反転現像され、トナー像として可視化される。
【0017】
感光ドラム1上に形成されたトナー像は、感光ドラム1に供給された転写材11に転写ローラ16の作用により転写される。トナー像が転写された転写材11は、図示しない定着器に搬送されて、トナー像が永久像として定着される。感光ドラム1上に残留した転写残りのトナーは、クリーニング装置13によりクリーニングされる。
【0018】
本実施例において、現像装置12はトナー室6と現像室14とを備える。現像装置12の未使用新品時、このトナー室6と現像室14との間にはシール15が設けられており、使用時にシート15が取り除かれる。トナー室6内にはトナー搬送部材5が設置され、また一成分現像剤の負極性の非磁性トナーが収容されている。トナー搬送部材5は回転することによって、トナー室6内の非磁性トナーを撹拌しながら現像室14に搬送する。
【0019】
現像室14には、感光ドラム1と対面した開口部に導電性の現像スリーブ2が回転可能に設置され、感光ドラム1とは反対側の現像スリーブ2の背面側に、本発明のトナー搬送ローラを利用したトナー供給ローラ4が回転可能に設置されている。
【0020】
このトナー供給ローラ4は、A方向に回転する現像スリーブ2に対して、相対速度を有するようにB方向に回転して、現像スリーブ2上に残留した現像残りのトナーをはぎ取るとともに、トナー搬送部材5により現像室14に搬送された新たなトナーを現像スリーブ2に搬送して塗布する。本実施例では、トナー供給ローラ4は、芯金の直径を5mmとし、外径を17mmに形成した。
【0021】
現像スリーブ2上に塗布された非磁性トナーは、現像スリーブ2の回転により感光ドラム1と対向した現像領域へと向けて搬送され、その搬送途上で、現像スリーブ2の表面に弾性当接した規制ブレード3により所定の層厚に規制される。規制ブレード3は、ウレタンゴム等の弾性を有する部材単体か、リン青銅等の弾性を有する部材にウレタンゴム等のシート状の部材が貼り付けて構成されている。現像領域に搬送されたトナーは、バイアス電源9により現像スリーブ2に印加した現像バイアスにより、感光ドラム1の潜像を現像する。
【0022】
本実施例では、画像形成装置は、プロセススピード120mm/秒として、A4サイズのプリントを毎分16枚出力できるように構成されている。現像スリーブ2は、直径を16mmとして、十分な画像濃度を達成すべく、プロセススピードとされる感光ドラム1の周速度に対し約180%の周速度で回転するように、毎分250回転の回転数で回転させた。
【0023】
図2は、本実施例のトナー供給ローラ4を示す斜視図である。トナー供給ローラ4は、回転軸20の周囲に発泡弾性体層、本例では発泡ウレタンスポンジ層21をローラ状に被覆したスポンジローラからなり、そのスポンジ層21の外周面には、供給ローラ4の軸線方向に沿った凹凸22を形成している。
【0024】
上記のトナー供給ローラ4は、高離型性を有するローラの金型内に、芯金(回転軸20)とウレタン原料を入れ、加熱によりウレタンを発泡してローラ状に成型後、得られたスポンジローラを金型から取り出し、スポンジローラ外周面に除膜処理を施して、外周面の発泡セルを開孔させることにより製造される。
【0025】
従来、スポンジローラの表面加工には、赤熱したニクロム線が用いられているが、表面のスポンジの溶融度合が大きいために、製造したトナー供給ローラは、表面に薄膜が形成されてトナー搬送性が低下したり、あるいは表面加工時、溶融物がニクロム線にからまって切断能力が低下したり、切断抵抗が大きいためにローラ外径の寸法精度を著しく悪るいといった不具合があった。このため、セル数が多く高密度のスポンジ材料を用いる場合には、研削により外径加工を行なうことが一般的であるが、ローラを回転させながら切削を行なう方式では、表面に凹凸形状を付けることができない。
【0026】
そこで、本発明では、ローラの金型に予め凹凸を形成しておき、その凹凸を転写してスポンジ層21の表面に形成するようにした。これにより、図2のように、トナー供給ローラ4が、スポンジ層21の外周面に凹凸22を有する複雑な形状であっても、高精度で表面のウレタン溶融物等の存在もないローラを製造することができる。
【0027】
図3は、本実施例のトナー供給ローラ4と現像スリーブ2のニップ部近傍を示す説明図である。図3に示すように、トナー供給ローラ4のスポンジ層21に設けた凹凸22の凹部24はトナーを収容して搬送する。凹凸22の凸部23は、上底よりも下底が大きい台形状の断面を有している。現像スリーブ2は矢印A方向に回転し、トナー供給ローラ4はそれと逆方向の矢印B方向に回転し、その過程で先に現像スリーブ2に当接するのが、トナー供給ローラ4の回転方向に関して凸部23の下流側の角部aで、それに追随して当接するのが上流側の角部bである。下流側の角部aはその回転方向上流側の部分でトナーを搬送するとともに、現像スリーブ2に当接した際には、現像スリーブ2上の現像残りのトナーを機械的にはぎ取る役目を担う。また上流側の角部bはその付け根とともに、下流側の角部aにかかる力を支える役目を担う。
【0028】
従って、図4のように、凸部23の上流側の角部bが小さい場合、下流側の角部aが現像スリーブに当接することによって角部bに生じる力Fにより、凸部23が倒れてしまう。このため、上流側の角部bの角度∠bは90°以上で、かつ下流側の角部aの角度∠aよりも大きいことが好ましい。すなわち、
∠a<∠b ただし、90°<∠b
である。
【0029】
一方、下流側の角部aの角度は、トナーのはぎ取り力の一層の向上を狙って、図5に示すように、90°以下にしても、上流側の角部bの角度が上記の式を満たしていれば、凸部が潰れることがないので、これにより、トナーのはぎ取り性能をさらに向上することができる。
【0030】
本実施例において、図1に示した現像装置12に上記したトナー供給ローラ4を組込んで現像に供し、トナーの搬送性の目安となるベタ黒画像を連続出力する画像形成試験を行なったところ、1枚目から最後の50枚目まで、濃度が均一な良好な画像を得ることができた。
【0031】
また、同様にしてハーフトーン画像を出力する画像形成試験を行なった。ハーフトーン画像の場合、低温低湿環境下において、現像スリーブ2上の現像残りのトナーをはぎ取る力が不足すると、現像スリーブ上に残存したトナーが電荷を蓄積してしまうため、現像効率が低下して画像濃度が低下する現象が発生するが、本実施例のトナー供給ローラ4を用いることにより、常に安定した濃度のハーフトーン画像を得ることができた。
【0032】
実施例2
図6は、本発明の他の実施例におけるトナー供給ローラを示す断面図である。本実施例は、図6に示すように、トナー供給ローラ4のスポンジ層21の外周面に、高さが高い大きい凸部23aと、その凸部23a同士の間の高さが低い小さい凸部23bを設けて、トナー搬送とトナーはぎ取りの機能を分離することにより、これらの性能向上を図ったことが特徴である。
【0033】
トナー供給ローラ4によって現像スリーブ2上により多くのトナーを供給したい場合、凸部23a同士の間隔を広げ、かつ凸部23aを高く大きくして、凸部23a同士の間の凹部に多量のトナーを保持して搬送できるようにすれば、現像スリーブ2に凸部23aが当接したときに、ローラ4の回転方向に関して、接触した凸部23aとその上流側の凸部23aとの間の凹部に保持した多量のトナーを現像スリーブ2に供給できる。
【0034】
一方、トナー供給ローラによる現像スリーブ2上のトナーをはぎ取る力を高くするためには、高さが高い大きい凸部23aと凸部23aとの間の凹部に、高さが低い小さい凸部23bを設けて、現像スリーブ2に接触する凸部の回数を増せばよい。
【0035】
本実施例は、上記したようにトナー供給ローラ4を構成したので、トナーの搬送性が高まり、たとえばベタ黒画像を連続して出力する際にも、濃度が均一な画像を安定して得ることができる。またトナーのはぎ取り力を十分に持たせることできるので、現像スリーブ2上のトナーを常に新しいトナーに入れ替えることができ、トナーの使用による劣化を防止し、かぶり等の発生を防止できる。
【0036】
さらに、大きな凸部23aの間に小さな凸部23bを配置したので、大きな凸部23bが現像スリーブ2に当接する跡が画像にピッチむらとして現れるのを防止することができる。
【0037】
以上の実施例では、大小の凸部23a、23bを繰り返す配置としたが、人間の目が繰り返し模様に敏感であることから、大きさや形の異なる凸部をランダムに組合せて繰りことによっても、ピッチむらとして目立たないようにすることが可能である。
【0038】
実施例3
本発明のさらに他の実施例を示す。
【0039】
本実施例では、図9に示すように、トナー供給ローラ4のスポンジ層21の外周面の凹凸22、従って凸部23を、ローラ4の端部から中央部方向に見て、ローラの軸線に対しローラの回転方向Bと逆方向に45°以下の角度で傾斜し、その傾斜をローラの端部で最大とし、中央部に向けて連続的に減少して、ローラの中央部で最小にしたことが特徴である。
【0040】
具体的には、凸部23の傾斜は、トナー供給ローラ4の端部で逆側に10°の角度を持ち、ローラ端部から中央部に向けて連続的に減少して、ローラの中央部で角度0°にした。
【0041】
図1に示した現像装置12内において、トナー供給ローラ4の端部と内壁との間に大きな隙間があると、その部分でトナーが滞留し、その滞留したトナーの内圧が高まると、トナー供給ローラ4端部のシール部等からトナーが漏れたり、滞留したトナーが凝集塊となって、規制ブレード3と現像スリーブ2のニップ部に挟まり、画像の白抜けの原因となったりする。
【0042】
一方、トナー供給ローラ4が現像装置12の内壁に対して進入する配置を採ると、内壁との摺擦により供給ローラ4のスポンジ層21がちぎれてしまうので、供給ローラ4の端部を内壁と接触または数mmの小間隔を開けるように配置している。
【0043】
しかしながら、トナー供給ローラ4を内壁と接触または小間隔で配置しても、図7のように、現像スリーブ2とのニップからトナー供給ローラ4を正面に見て、スポンジ層21外周面の凸部23が端部に向けて、矢印Dに示す如く上昇するように傾斜している場合は、供給ローラ4のB方向の回転により、トナーが凸部23同士の間、すなわち凹部24を通って端部に向けて矢印D方向に上昇し、現像装置12の内壁12a方向に押出されてしまう。従って、これを防ぐためには、凸部23はトナー供給ローラ4の端部に向けて上昇しないことが好ましい。
【0044】
図8に示すように、現像スリーブ2とのニップからトナー供給ローラ4を正面に見て、トナー供給ローラ4の凸部23が中央部に向けて、矢印Eに示す如く上昇するように傾斜をしている場合は、トナー供給ローラ4のB方向の回転により、トナーが凹部24を通って中央部に向けて矢印E方向に下降するので、トナーが現像装置12の内壁12a方向に押出されることはない。
【0045】
しかし、トナー供給ローラ4の軸線に対する凸部23の傾斜角度が大きすぎると、トナー供給ローラ4の本来の機能の1つである現像スリーブ2上のトナーをはぎ取る力が損なわれる。トナー供給ローラ4のトナーのはぎ取り能力および搬送能力を維持するためには、この凸部23のローラ軸線に対する傾斜角度は、45°以内にするのが適正である。
【0046】
本実施例では、トナー供給ローラ4を上記したように構成したので、供給ローラ4のトナーのはぎ取り能力および搬送能力を良好に発揮することができる。
【0047】
本実施例および実施例1のトナー供給ローラ4を図1の現像装置12に搭載して、それぞれ現像装置12を5時間空回転する加速試験を行ない、各トナー供給ローラ4の端部シール部からのトナー漏れを調べた。その結果、実施例1のトナー供給ローラを用いた場合には、端部シール部からトナーが漏れたのに対し、本実施例のトナー供給ローラを用いた場合には、端部シール部からのトナーの漏れ等がなく、良好な結果を得ることができた。
【0048】
以上では、凸部23は、トナー供給ローラ4の軸線に対する角度が端部から中央部に向けて連続的に減少するように傾斜させたが、端部のみで凸部23を傾斜させる等、その凹部23の配置形状は自由に設定できることは言うまでもなく、本発明の効果を得ることができる。
【0049】
実施例4
図10は、画像形成装置の感光ドラム1をクリーニングするクリーニング装置を示す断面図である。本実施例は、本発明のトナー搬送ローラを、クリーニング装置13で用いるクリーニングローラ25に応用した。
【0050】
クリーニング装置13は、トナー回収容器26内に、感光ドラム1と接触するクリーニングローラ25、およびクリーニングブレード27を備えてなっている。
【0051】
本実施例では、クリーニングローラ25として、実施例1のトナー供給ローラ4と同様な構成のトナー搬送ローラを用いており、回転軸の周囲にローラ状に設けた発泡ウレタンスポンジ層の外周面に、ローラ25の軸線方向に沿った凹凸を形成してなっている。
【0052】
クリーニングローラ25は、感光ドラム1に対して所定の当接ニップ幅で当接し、C方向に回転する感光ドラム1に対してG向に回転駆動され、感光ドラム1上の転写残りのトナーをクリーニングする。感光ドラム1上の転写残りのトナーは、クリーニングローラ25によりクリーニングした後、クリーニングブレード27により再度クリーニングして、感光ドラム1の表面からの確実な除去を図っている。
【0053】
本実施例のクリーニングローラ25によれば、外周面の凹凸の凸部により感光ドラム1上の転写残りのトナーを良好にはぎ取り、また凹部によりそのはぎ取ったトナーを良好に搬送して、容器26内に回収できる。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トナー搬送ローラの発泡体弾性層の外周面にローラ軸方向に沿う凹凸を設けて、その凸部の断面形状を上底よりも下底が大きい台形にするとともに、凸部の現像スリーブ等の被当接物に先に当接する角部の角度∠aと、後から当接する角部の角度∠bを、∠a<∠b(ただし、90°<∠b)と規定する等の処置を採ったので、被当接部材上のトナーを機械的な力により、トナーの劣化や被当接部材の劣化、損傷を招くことなくはぎ取ることができ、トナーのはぎ取り性能を、トナーの搬送性を維持しつつ安定かつ十分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のトナー搬送ローラを利用したトナー供給ローラを搭載した現像装置を備える画像形成装置を示す概略構成図である。
【図2】図1のトナー供給ローラの一実施例を示す斜視図である。
【図3】図2のトナー供給ローラと現像スリーブとのニップ部近傍を示す説明図である。
【図4】トナー供給ローラ外周面の凸部の上流側の角部が小さい状態を示す説明図である。
【図5】トナー供給ローラ外周面の凸部の下流側の角部が90°以下の状態を示す説明図である。
【図6】本発明の他の実施例におけるトナー供給ローラを示す断面図である。
【図7】トナー供給ローラ外周面の凸部のローラ軸線に対する不適正な傾斜を示す説明図である。
【図8】トナー供給ローラ外周面の凸部のローラ軸線に対する適正な傾斜を示す説明図である。
【図9】本発明のさらに他の実施例におけるトナー供給ローラを示す斜視図である。
【図10】本発明のトナー搬送ローラを利用したクリーニングローラを搭載した感光ドラムのクリーニング装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 感光ドラム
2 現像スリーブ
4 トナー供給ローラ
12 現像装置
13 クリーニング装置
20 回転軸
21 スポンジ層
22 凹凸
23 凸部
24 凹部
25 クリーニングローラ
Claims (7)
- 被当接物と当接して回転する、回転軸の周囲に発泡弾性体層を設けたローラであって、前記発泡弾性体層の外周面にローラの軸線方向に沿った凹凸を形成したトナー搬送ローラにおいて、前記凹凸の凸部の断面形状は、上底よりも下底が大きい台形であり、前記凸部の前記被当接物に先に当接する角部の角度∠aと、後から当接する角部の角度∠bが、
∠a<∠b、ただし、90°<∠b
の関係を満たすことを特徴とするトナー搬送ローラ。 - 被当接物と当接して回転する、回転軸の周囲に発泡弾性体層を設けたローラであって、前記発泡弾性体層の外周面にローラの軸線方向に沿った凹凸を形成したトナー搬送ローラにおいて、前記凹凸の凸部の断面形状は、上底よりも下底が大きい台形であり、前記凸部の断面の大きさが、前記ローラの周方向に周期的に変化することを特徴とするトナー搬送ローラ。
- 前記断面の大きさが周期的に変化する凸部は、相対的に高さが高い凸部と低い凸部とが交互に繰り返される請求項2のトナー搬送ローラ。
- 被当接物と当接して回転する、回転軸の周囲に発泡弾性体層を設けたローラであって、前記発泡弾性体層の外周面にローラの軸線方向に沿った凹凸を形成したトナー搬送ローラにおいて、前記凹凸の凸部の断面形状は、上底よりも下底が大きい台形であり、前記ローラの端部から中央部方向に見て、前記凸部をローラの軸線に対しローラの回転方向と逆側に45°以下の角度で傾斜したことを特徴とするトナー搬送ローラ。
- 前記凸部の傾斜角度は、前記ローラの端部で45°で中央部で0°である請求項4のトナー搬送ローラ。
- 前記ローラが、現像装置の現像剤担持体と当接して回転することにより、現像剤担持体上に残留した現像残りのトナーの剥ぎ取り、および現像剤担持体への新たなトナーの供給を行なう供給ローラである請求項1〜5のいずれかの項に記載のトナー搬送ローラ。
- 前記ローラが、画像形成装置の像担持体と当接して回転することにより、像担持体上に残留した転写残りのトナーの剥ぎ取りを行なうクリーニングローラである請求項1〜5のいずれかの項に記載のトナー搬送ローラ。
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